寧　波，鄧　猛，張　莉

（1. 山東省氣象局，濟南　250031；2. 山東省雷電防護技術(shù)中心，濟南　250012）

山東省雷電災害風險評估管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)

寧波1，鄧猛2，張莉1

（1. 山東省氣象局，濟南250031；2. 山東省雷電防護技術(shù)中心，濟南250012）

以提高山東省雷電災害風險評估工作實效性、準確性和規(guī)范性為目標，通過對雷電災害風險評估相關(guān)參數(shù)的分析研究，建立了具有山東省區(qū)域特色，涵蓋多個行業(yè)性質(zhì)特點的雷電災害風險管理模型，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了山東省雷電災害風險評估管理平臺。該平臺基于符合SOA和Java EE設(shè)計理念的支撐應用體系架構(gòu)，采用XML，Web Services和自定義協(xié)議等技術(shù)，可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時保持了各個業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)之間的相對獨立和松耦合。根據(jù)目前投入業(yè)務(wù)運行情況來看，基本滿足山東省各級防雷技術(shù)服務(wù)機構(gòu)雷評業(yè)務(wù)需求。

雷電；風險評估；平臺設(shè)計

引言

雷電災害是一種爆發(fā)性的自然災害，長期不斷地威脅人身安全和財產(chǎn)安全并危害公共服務(wù)和文化遺產(chǎn)，其危害隨著社會信息化和電子化的發(fā)展變得更加明顯而廣泛。雷電災害風險評估是識別風險、有效控制風險和處理雷電災害的依據(jù)。依據(jù)雷電災害風險評估結(jié)果，可以考慮如何有效地控制和處理雷電災害風險，選擇應采取的各種避免損失和控制損失的對策。雷電災害風險評估是一門新興邊緣學科，所涉及的學科包括建筑學、氣象學和管理學等，它以大量繁雜的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。因此，利用計算機精確度高、計算速度快的特點，設(shè)計并實現(xiàn)雷電災害風險評估管理平臺，可以大幅度提高雷電災害風險評估的精確度和效率。山東省雷電災害風險評估管理平臺根據(jù)目前山東省氣象局雷電災害風險評估的業(yè)務(wù)流程，采用預先危險性分析等方法進行危險辨識，運用多種手段給出量化的安全狀態(tài)參數(shù)值，預測發(fā)生事故概率和發(fā)現(xiàn)的隱患，提出防雷整改措施及建議，并最終生成評估報告。

1　設(shè)計技術(shù)方法

（1）平臺設(shè)計依據(jù)《IEC62305-2：2010，雷電防護第2部分：風險管理》［1］和《雷電災害風險評估技術(shù)規(guī)范》（QX/T85-2007）等雷電災害風險評估技術(shù)規(guī)范［2］。

（2）平臺部分防雷計算和公式參考《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）［3］和《建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2012）［4］。

（3）平臺設(shè)計技術(shù)方法參考了《雷電災害風險評估與控制》以及中國知網(wǎng)檢索的關(guān)于雷電災害風險評估和閃電定位數(shù)據(jù)分析以及 AutoCAD 和surfer二次開發(fā)的相關(guān)文獻［5］。

2　設(shè)計思路

平臺建設(shè)主要由兩部分組成：系統(tǒng)管理平臺和項目評估平臺。項目評估平臺包括雷電災害風險評估項目單位基本信息及風險區(qū)劃、基本氣象資料分析及使用審查、主要參數(shù)分析計算及報告生成等四部分。系統(tǒng)管理平臺包括項目管理、統(tǒng)計查詢和參數(shù)設(shè)置等，其邏輯體系架構(gòu)如圖1所示。

平臺能夠按不同角色對象的不同評估工作任務(wù)重新進行梳理組織，可及時完成各專業(yè)、領(lǐng)域、行業(yè)項目雷電災害風險評估計算及分析，按照要求生成雷電災害風險評估報告，計算得出省、市、縣（市、區(qū)）各級行政區(qū)域雷電災害發(fā)生的規(guī)律，從而更好地開展防雷減災工作［6］。同時，可將最終評估產(chǎn)品（報告）和其他項目信息等線性資料分門別類存儲入庫。

2.1平臺網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)

平臺采用B/S三層架構(gòu)（表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層），通過IE瀏覽器即可訪問系統(tǒng)。同時，又能有效提高平臺應用的可靠性。平臺設(shè)計將應用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分開，設(shè)立專門的ArcGIS服務(wù)器，用于雷電數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)和評估項目的數(shù)據(jù)圖形化疊加顯示，對外提供基于Web的應用服務(wù)接口［7］。這樣既可以保證應用服務(wù)器獨立性和負載平衡，又保障了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性和可靠性（圖2）。

圖2　山東省雷電災害風險評估管理平臺網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

ArcGIS服務(wù)器實現(xiàn)雷電災害統(tǒng)計數(shù)據(jù)（自動報表生成）、地理信息等圖形及相關(guān)數(shù)據(jù)生成和展示的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為“山東省雷電災害風險評估管理平臺”提供可視化的云端數(shù)據(jù)庫Web管理工具，在云端實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的管理、監(jiān)控、在線擴容等功能，支持動態(tài)伸縮和數(shù)據(jù)庫分區(qū)技術(shù)。分區(qū)方式不受CPU數(shù)量、節(jié)點數(shù)量等影響；支持集群和容災功能；備用數(shù)據(jù)庫可以基于流復制等多種模式實現(xiàn)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫之間的實時同步，在不更改應用程序的基礎(chǔ)上實現(xiàn)讀寫分離；應用服務(wù)器為“山東省雷電災害風險管理平臺”提供實現(xiàn)異種數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，系統(tǒng)文件的直接訪問，不同數(shù)據(jù)源之間的鏈接查詢（圖3）。

圖3　山東省雷電災害風險評估管理平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2平臺功能組織架構(gòu)

圖1　山東省雷電災害風險評估管理平臺邏輯體系架構(gòu)

平臺采用基于符合SOA和Java EE設(shè)計理念的支撐應用體系架構(gòu)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)；支持基于服務(wù)的松耦合設(shè)計，采用XML，Web Services和自定義協(xié)議等技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時保持各個業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)之間的相對獨立和松耦合；采用主流數(shù)據(jù)庫做數(shù)據(jù)存儲與管理；提供開放式外部接口，支持不同的集成方式，如服務(wù)集成、數(shù)據(jù)交換、門戶集成和流程集成等；支持跨操作系統(tǒng)部署，支持Linux及Windows等多種操作系統(tǒng)；支持云計算技術(shù)進行系統(tǒng)部署。

平臺主要應用層分別為：表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)庫?？蓪崿F(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時保持各個業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)之間的相對獨立和松耦合［8］（圖4）。

圖4　功能組織架構(gòu)圖

2.2.1平臺組織結(jié)構(gòu)

設(shè)計并擬實現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)（如雷電災害信息管理系統(tǒng)等）的接口，包括松耦合（由相關(guān)系統(tǒng)導出數(shù)據(jù)記錄）或者緊耦合（嵌入相關(guān)系統(tǒng)，與其無縫銜接）方式，采集雷評（包括相關(guān)信息）數(shù)據(jù)。雷評平臺預留的數(shù)據(jù)具有通用性，預留數(shù)據(jù)接口的標準一致，保證雷評業(yè)務(wù)系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一致性和連續(xù)性［9］（圖5）。

（1）接口控件模式。采用緊耦合方式調(diào)用封裝引擎工具實現(xiàn)封裝，將封裝引擎嵌入在部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，直接與封裝引擎工具的交互API進行交互，達到深層次意義上的結(jié)合；采集的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型接口，進行數(shù)據(jù)映射配置，可配置采集數(shù)據(jù)的字段名與信息元數(shù)據(jù)項的對應關(guān)系。因此，平臺可采集其他系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)［10］。

圖5　山東省雷電災害風險評估管理平臺提供的三種數(shù)據(jù)接口

（2）數(shù)據(jù)庫抽取模式。平臺采用開放數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)方式，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫讀取工具將訪問數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的基本屬性值，如字段、類型、主鍵、外鍵、索引，從而獲取相應的數(shù)據(jù)信息，提供自定義查詢語句配置，獲取需要的證照字段數(shù)據(jù)；支持的數(shù)據(jù)庫種類包括 Oracle，DB2，Microsoft SQL server，MySQL，Access［11］。

（3）Web服務(wù)模式。業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接訪問生成管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集WEB服務(wù)，采用XML技術(shù)標準，將需要數(shù)據(jù)記錄導出并定義為一個中間格式的XML文件，使該文件作為數(shù)據(jù)交換的基本載體，通過調(diào)用WEB服務(wù)實現(xiàn)封裝。

2.2.2雷評報告生成及應用

雷評信息總數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)實現(xiàn)與生成管理子系統(tǒng)銜接，匯總集中雷評報告數(shù)據(jù)，形成集中數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)對集中數(shù)據(jù)庫的科學、高效管理與利用。

（1）數(shù)據(jù)接收。系統(tǒng)提供從生成管理子系統(tǒng)或其他依照標準開發(fā)的生成系統(tǒng)中接收規(guī)范的數(shù)據(jù)電文的功能。提供導入目錄的功能，導出的目錄格式包括DBF，XLS，XML等。

（2）數(shù)據(jù)分類排列。系統(tǒng)提供對接收的數(shù)據(jù)電文進行有效分類管理的功能，可根據(jù)評估單位、申請人、項目名稱、時間、評估狀態(tài)進行分類，自動生成封裝編號進行數(shù)據(jù)分類。

（3）數(shù)據(jù)驗證。數(shù)據(jù)電文信息需要依次進行計算結(jié)果有效性驗證和流程步驟信息驗證。

（4）數(shù)據(jù)裝載。系統(tǒng)提供對驗證完畢的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中有序排列，與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)電文目錄建立對應關(guān)系。數(shù)據(jù)電文文件以文檔形式存儲在磁盤中，通過訪問路徑附加到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)入庫主要是將數(shù)據(jù)電文文件和路徑屬性數(shù)據(jù)進行掛接并檢查，且保證數(shù)據(jù)庫運行正常，統(tǒng)計、查詢、檢索無誤。

3　平臺備份方式

平臺采用熱備份技術(shù)，并提供多種系統(tǒng)安全機制，對于主機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等各個方面均提供全方位的可靠性保障，提供完整的容錯和災難恢復解決方案。平臺采用靈活的權(quán)限機制，系統(tǒng)能按用戶分級授權(quán)，能夠適應業(yè)務(wù)授權(quán)的精細化需求和業(yè)務(wù)頻繁變動對權(quán)限變動的要求，能夠限制用戶訪問數(shù)據(jù)的范圍，并且能夠適應多級用戶分級管理的需要。平臺提供安全審計機制，對用戶的活動情況、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀、改等活動提供詳細的審計日志，提供非法活動分析機制。對于業(yè)務(wù)流程，遇到意外情況（如斷電、斷網(wǎng)）發(fā)生時，應有有效的措施確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整性和可恢復性。平臺本身具有較強的防攻擊能力，可根據(jù)IP地址限制用戶在不同機器登錄等。

4　結(jié)語

經(jīng)過一年來的業(yè)務(wù)應用，山東省雷電災害風險評估管理平臺能夠綜合應用山東省地閃資料、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、雷電災害報表統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及山東省雷電活動和雷電災害特征，選取工民建筑防雷等級分類、年雷暴預計次數(shù)、地閃密度、強電流分布、地形起伏度、河網(wǎng)密度、人口密度、人均GDP、公共設(shè)施及設(shè)備建設(shè)情況等作為雷電災害風險評估模型，基于JAVA語言和SQL數(shù)據(jù)庫處理技術(shù)，實現(xiàn)了與當前各種應用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。該平臺根據(jù)目前山東省氣象局雷電災害風險評估的業(yè)務(wù)流程，采用預先危險性分析等方法進行危險辨識，運用多種手段給出量化的安全狀態(tài)參數(shù)值，預測發(fā)生事故概率和發(fā)現(xiàn)的隱患，提出防雷整改措施及建議，并最終生成評估報告。

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1005-0582（2016）02-0054-04

2015-06-19

寧波（1982—），男，山東章丘人，研究生，工程師，主要從事防雷減災管理及行政審批工作。